KR850001903B1 - 고속 디지탈 위치모니터 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고속 디지탈 위치모니터 시스템

제1도는 기계공구에서 가동부재에 사용되는 본 발명에 따른 위치모니터시스템을 포함한 전자제어시스템의 구성도.

제2도는 제1도에 도시한 위치모니터시스템의 일부분의 전기회로도.

제3도는 제2도에 도시한 회로도의 일부분을 상세히 도시한 회로도.

제4도는 제1도, 제2도에 도시한 피이드백 디바이스 또는 리졸버(resolver)를 보다 상세히 도시한 도면.

제5a도-제5e도는 상이한 동작조건하에 제3도의 피드백 디바이스에서 발생하는 전기적 상태 및 파형을 도시한 그래프.

제6도는 가동부재가 양의 방향으로 이동중일 때 샘플간의 카운트 시이켄스(count sequence)를 도시한 도면.

제7도는 제6도와 유사하나, 가동부재가 음(반대)의 방향으로 이동중일 때의 카운트 시이켄스를 도시한 도면.

제8도는 제1도, 제2도에 도시한 제어시스템 및 회로도의 동작을 설명한 도면.

본 발명은 일반적으로 기계공구 등과 같이 가동부재를 갖는 장치의 전자제어시스템에 관한 것으로, 특히 이같은 장치에 있어서 반대방향으로 이동할 수 있는 가동부재의 위치를 모니터하는 위치모니터시스템을 포함하고 있는 제어시스템에 관한 것이다.

기계공구 등과 같은 장치에 사용하는 어떤 전자제어시스템은 직선운동하는 기계공구 슬라이드나 테이블, 또는 회전하는 작업물 홀더 등과 같이 반대방향으로 이동이 가능한 가동부재의 이동중에 그 위치를 모니터하고 제어에 필요한 부재의 위치를 나타내는 신호를 공급하기 위하여 위치 모니터 시스템을 사용한다.

종래의 디지탈 위치제어시스템은 카운트범위가 미리 정해져 있는 디지탈 피드백위치카운터, 익사이터(exciter), 가동부재의 이동에 응답하도록 연결되는 피드백 디바이스, 제로크로싱(zero crossing) 검출기 및 디지탈 위치기억장치를 사용하고 있다. 클럭주파수로 동작하는 피드백위치 카운터는 피드백 디바이스에 여기신호를 공급하는 익사이터의 타이밍을 제어한다. 피드백 위치카운터는 또한 위치기억장치로 위치카운트 Nc를 공급한다. 리졸버형태를 취하는 피드백 디바이스는 펄스화된 피드백신호를 위치기억장치로 공급하고, 가동부재가 이동함에 따라 발생하는 여기신호와 피드백신호간의 위상변위는 고정점에 대한 가동부재의 직선이동을 표시한다. 피드백 디바이스에서 출력된 피드백펄스는 피드백 위치카운트 Nc의 상태(즉, 위치카운트 Nc)를 위치기억장치에 스트로브 하는데(strobe) 사용된다7또한 가동부재의 변위에 비례하는 위치기억장치의 위치번호 Np는 피드백신호의 주파수로 반복적으로 경신되고 또 컴퓨터 또는 기타의 디바이스에 의해 샘플링되어 가동부재의 누적된 변위를 결정한다. 대체로, 피드백주파수는 샘플속도보다 최소한 10배 빠르게 선정된다.

상술한 바와 같은 종래의 디지탈위치 모니터시스템은 가동부재가 어떤 특정된 속도보다 더 빠르게 이동하고 있을 때 그 부재의 절대위치를 정확히 추적 및 보고하는 속도에 있어서 본질적으로 한계가 있다. 예를들어,위치기억장치로부터의 위치번호 Np가 연속되는 샘플들 사이에서 피드백 위치카운터의 카운트 범위의 1/2이상의 양만큼 변화하면(여기서 피드백 위치카운터는 카운트범위가 내부의 게이트수에 의해 제한되는 직접회로 또는 마이크로프로세서 디바이스의 형태를 취한다), 카운트변화의 방향 및 그에 따른 가동부재의 절대 위치가 모호해지고, 따라서 부가적인 정보없이는 결정될 수 없다.

본 발명은 자동화된 기계공구 등과 같은 장치에 사용되는 전자제어시스템을 제공하는 것으로서, 직선운동하는 공구슬라이드나 테이블,또는 회전하는 작업물 홀더 등의 다양한 속도로 반대방향으로 이동하는 가동부재를 연속적으로 모니터하여 어느 한 점에 대한 상기 부재의 절대위치를 결정하는 위치 모니터시스템을 포함한다. 상기 위치 모니터시스템은 클럭, 카운트범위가 미리 정해져 있는 피드백 위치카운터, 익사이터, 가동부재의 이동에 응답하도록 연결되는 리졸버형태의 피드백 디바이스, 재로크로싱 검출기, 위치기억장치, 제로위치카운터 및 가동부재의 절대위치를 결정하기 위한 컴퓨터 또는 기타의 디바이스로 구성되고, 이 구성부품들은 집적회로 또는 마이크로프로세서 디바이스형태를 취하는 것이 바람직하다.

동작시, 클럭주파수로 연속적으로 카운트하는 피드백 위치카운터는 증폭기를 통해 피드백디바이스에 여기신호를 공급하는 익사이터의 타이밍을 제어한다. 피드백위치 카운터는 또한 위치기억장치 및 제로 위치카운터로 위치카운트 Nc를 공급한다. 피드백디바이스는 위치기억장치 및 제로 위치카운터로 펄스화된 피드백신호를 공급한다. 펄스화된 여기신호에 대한 펄스화된 피드백신호의 위상변위는 가동부재의 변위에 비례한다. 펄스화된 피드백신호는 피드백 위치카운터의 상태(즉, 피드백위치 카운터로부터의 위치카운트 Nc)를 위치기억장치에 스트로브한다. 따라서 위치기억장내의 위치번호 Np는 가동부재의 변위에 비례관계, 즉 리졸버의 정지부분에 대한 이동부분의 방향에 직접적으로 비례한다. 피드백신호의 주파수는 단지 리졸버의 이동부분의 위치가 이동하지 않을때만 여기주파수와 동일하다. 위치가 변하고 있는 동안, 피드백신호주파수는 이동방향에 따라서 여기주파수보다 크거나 작다. 이러한 주파수의 차이는 위치변화의 속도에 직접적으로 비례한다. 위치기억장치내의 위치번호 Np은 피드백신호의 주파수로 반복적으로 그리고 연속적으로 경신된다. 컴퓨터는 이 위치번호 Np를 주기적으로 샘플링하고, 연속적으로 샘플링된 위치번호간의 차이에 따라서 가동부재의 누적된 변위를 결정한다. 대체로, 피드백신호의 주파수는 샘플링 속도보다 최소한 10배 빠르게 선정된다.

가동부재의 속도가 미리 정해진 속도, 즉 연속적으로 샘플링된 위치번호들 Np간의 차이가 피드백 위치카운터의 미리 정해진 카운트범위의 1/2이상의 속도일 때, 제로위치 카운터는 가동부재의 방향에 관한 어떠한 모호한 점도 해소하는 기능을 한다. 이러한 제로위치 카운터는 대체로 4비트 쌍방향상 카운터의 형태를 취하며 제로크로싱 검출기로부터 피드백 디바이스에서 출력된 피드백신호의 제로크로싱을 나타내는 신호를 공급받는다.

제로위치 카운터는 위치번호 Np가 연속적으로 샘플링된 위치번호들 Np사이에서 최소유효수, 예를들어 제로를 통과하는 순횟수를 측정하여 샘플링컴퓨터에 제로위치 카운트 Nz를 공급한다. 상술한 위치번호 Np와 제로위치 카운트 Nz를 가지고 샘플링컴퓨터는 연속적으로 샘플링된 위치번호들 Np간의 어떤 모호한 점도 해소되고 가동부재의 운동방향이 확인되며 가동부재의 누적된 절대위치가 결정되도록 작동한다.

분 발명에 의한 위치 모니터시스템은 종래기술에 비해 여러가지 장점이 있다. 예를들어, 본 시스템에 의해 모니터될 수 있는 가동부재의 속도를 상당히 증가시킬 수 있는데, 이 점은 종래기술에 있어서 높은 속도에서 생기는 카운터 및 방향의 모호성으로 인하여 본질적으로 한계가 있었던 것이다. 본 발명은 모니터할 수 있는 속도한계를 공지된 실제 피드백디바이스 및 시스템에 관계없을 정도로 아주 높이까지 올릴 수 있다. 본 발명은 시판되는 비교적 저렴한 집적회로 또는 마이크로프로세서를 사용하여 본 발명이 아니었다면 상당히 더 복잡하고 비싼 피드백위치 카운터디바이스를 사용하여야만 얻을 수 있는 결과를 제공한다. 본 발명은 현장에서 이미 사용중인 피드백형 위치 모니터시스템뿐만 아니라 공장에 설비된 시스템에 대해서도 추후의 장비변경에 적용할 수 있다. 이하 본 발명의 기타 목적 및 장점을 설명한다.

제1도는 자동화된 기계공구(10)의 관련부분과 이 기계공구(10)의 어떤 기능을 모니터하여 제어하기 위한 본 발명에 의한 전자제어시스템(12)의 구성부분들을 개략적으로 도시한 것이다. 제1도에 도시한 기계공구(10)의 관련부분은 고정된 베드(14)를 포함하고, 이 베드(14)위에는 공구슬라이드 또는 테이블 등과 같은 가동부재 또는 부품(16)이 활주가능하게 설치되어 있다. 가동부재(16)는 예를들어 역전가능한 변속전동기(18)에 의하여 소기의 가변속도로 가변거리를 양쪽 반대방향으로 직선 이동할 수 있다. 가동부재(16)는 특정된 기계가 공작업중의 필요에 따라 화살표(22),(23) 방향으로 베드(14)상에서 점 x쪽으로 또는 그 반대쪽으로 각기 이동할 수 있다. 예를들어 가동부재(16)는 분당 800인치(2032cm) 이상의 속도로 이동할 수 있고 프로그램된 다양한 간격으로 방향전환을 할 수 있다. 이동부재(16)는 직선 이동하는 것으로 도시되었지만, 본 발명은 또한, 회전하는 부재에도 응용할 수 있음을 알아야 한다.

전자제어시스템(12)은 일반적으로 전동기(18)의 전동기역전속도 제어접촉기 또는 제어장치(20)와, 전동기(18)를 작동시켜 미리 정해진 프로그램에 따라 부재(16)의 이동방향 및 속도를 제어하도록 라인(19)을 통하여 전동기제어장치(20)에 접속된 프로그래머(30)를 포함한다.

전자 제어시스템(12)은 또한 가동부재(16)가 이동하는 동안 가동부재(16)의 누적된 절대위치, 즉 점 x에 대한 위치를 모니터 및 결정하고 제어목적으로 이러한 위치정보를 적절한 형태로 컴퓨터(40)에서 라인(41a)을 통해 프로그래머(30)에 공급하기 위해 후술하는 바와 같은 위치 모니터시스템을 포함한다.

제1도에 도시한 위치 모니터시스템은 일반적으로 클록(32), 피드백위치카운터(34), 익사이터 증폭기(44), 피드백디바이스(36), 필터(47), 제로크로싱검출기(48), 위치기억장치(38), 제로위치카운터(52) 및 샘플링컴퓨터(40)를 포함한다. 클록(32)운 소기의 주파수로 동작하는 수정 발진기의 형태를 취한다. 피드백 위치카운터(34)는 카운트범위가 미리 정해진, 예를들어 0에서 4095카운트까지, 총 4096카운트인 집적회로 또는 마이크로프로세서의 형태를 취한다. 피드백디바이스(36)는 가동부재(16)의 이동에 응답하도록 기계적으로 연결된 리졸버 또는 인덕토신(Inductosyn)의 형태를 취한다. 위치기억장치(38)는 12비트 2진 래치회로 디바이스같은 집적회로 또는 마이크로프로세서의 형태를 취한다. 필터(47), 제로크로싱검출기(48) 및 제로위치 쌍방향성 카운터(52)에 대해서는 이하에 상세히 설명한다. 샘플링컴퓨터(40)는 가동부재(16)가 이동하는 동안에 그 절대위치를 측정하여 이 정보를 적절한 신호형태로 라인(41a)을 통해 프로그래머(30)에 공급한다.

라인(41b)을 통해 클록(32)에 연결된 피드백위치카운터(34)는 클록주파수로 연속적으로 카운트하며 라인(42)을 통하여 익사이터증폭기(44)의 다이밍을 제어하고, 익사이터증폭기(44)는 여기신호를 라인(45)을 통해서 피드백디바이스(36)에 공급한다. 피드백디바이스(36)는 라인(46) 및 필터(47)를 통해 제로크로싱검출기(48)로 피드백신호를 공급한다. 피드백신호의 음으로 되는 제로크로싱에 응답하여, 제로크로싱검출기(48)는 이하 피드백신호라고 지칭할 펄스화된 출력신호를 라인(49)을 통하여 위치기억장치(38)로 그리고 라인(50)을 통해 제로위치 쌍방향성 카운터(52)로 공급한다.

피드백위치카운터(34)는 위치카운트신호 Nc를 라인(53)을 통해 위치기억장치(38)에 그리고 라인(54)을 통해 제로위치 쌍방향성카운터(52)에 공급한다. 라인(45)상의 펄스화된 여기신호에 대한 라인(49)상의 피드백 신호펄스의 위상변위는 점 x에 관한 피드백디바이스(36) 및 부재(16)의 물리적인 변위에 비례한다. 라인(49)상의 펄스화된 피드백신호는 피드백위치카운터(34)의 상태를 스트로브한다. 다시 말해서, 피드백펄스의 수신시에, 피드백위치카운터(34)의 카운트는 위치번호 Np로서 위치기억장치(38)에 래치, 즉 기억된다. 위치기억장치(38)에 기억되어 라인(56)상에 나타나는 위치번호 Np는 피드백디바이스(36) 및 가동부재(16)의 변위에 비례한다. 위치기억장치(38)내의 위치번호 Np는 라인(49)상으로 인입하는 피드백펄스신호의 주파수로 반복적으로 경신되고 라인(56)상에서 컴퓨터(40)에 의해 주기적으로 샘플링되어 가동부재(16)의 누적된 변위를 측정한다. 대체로, 라인(46)상의 피드백신호의 주파수는 컴퓨터(40)의 샘플링 속도보다 10배 빠르게 선정된다.

제2도에서 클록(32)은 CTS나이트(Knights) MXD-40 디바이스같은 수정 발진기의 형태를 취한다.

피드백위치카운터(34)는 12비트 2진카운터로 구성되는데, 이 2진카운터는 본 실시예에서 3개의 텍사스 인스트루먼트모델 74 L S 163 동기 카운터(각기 부호 75로 표시되었음)와 1쌍의 텍사스 인스투르먼트모델 74S 241 버퍼라인 드라이버(각각 부호 76으로 표시되었음)로 구성된다. 버퍼라인 드라이버(76)는 카운터(75)를 라인(42)상의 어떠한 잡음으로부터도 분리시키고, 또한 카운터(75)에 의해 구동될 수 있는 디바이스의 수를 증가시킨다. 카운터(75)는 계속해서 일정속도로 카운트하고 0에서 4095₁₀까지의 범위의 12비트 2진수를 버퍼라인 드라이버(76)에 출력시킨다(라인 FBO-FB11 상에서). 이 12비트 2진수의 제3의 최대유효비트는 또한 라인(F B9)상에서 익사이터증폭기(44)에 공급된다. 버퍼라인 드라이버(76)는 라인(FBK0) 내지 (FBK11)상에서 12비트 2진수를 위치기억장치(38)로 출력시킨다.

익사이터증폭기(44)는 사인/코사인발생기(77)와 증폭기(78)로 구성된다. 사인/코사인발생기(77)는 대표적으로 텍사스 인스트루먼트모델 74 L S 107칩 동과 같은 단일칩상에 구성된 1쌍의 J-K 플립-플롭(79a),(79b)으로 구성된다. 플립-플롭(79a),(79b)은 플립-플롭(79a)의 J,K입력이 각기 플립-플롭(79b)의 Q,Q출력에 연결되게 서로 결선된다. 플립-플롭(79b)의 J,K입력은 각기 플립-플롭(79a)의 Q,Q출력에 결합된다. 플립-플롭(79a),(79b)를 서로 이런 식으로 결선하면, 각 플립-플롭에서 클록신호의 수신후에 플립-플롭(79b)는 그 Q출력에서 플립-플롭(79a)의 Q출력에서 생성되는 출력신호((₁)로부터 90°만큼 위상변위된 출력신호 C₁을 생성한다.

증폭기(78)는 4개의 주변드라이버(81a) 내지 (81d)를 포함하고, 이 주변드라이버는 각기 대표적으로 텍사스 인스트루먼트모델 75450드라이버로 구성된다. 드라이버(81a),(81c)의 입력은 각각 플립-플롭(79a),(79b)의 Q출력에 연결된다. 드라이버(81b),(81d)의 입력은 각각 인버터(82a),(82b)를 통하여 플립-플롭(79a),(79b)의 Q출력에 결합된다. 피드백디바이스(36)의 고정자권선(SW₁)은 드라이버(81c)(81d)의 출력단양만에 결합되고, 마찬가지로 권선(SW₂)은 드라이버(81a),(81b)의 출력단양단에 결합된다.

제2도에 도시되어 있듯이, 피드백디바이스(36)는 전술한 고정자(S)상에 2개의 1차 고정자권선(SW₁),(SW₂)과 회전자(R)상에 1개의 2차 회전자권선(RW)을 갖는 회전변류기로 되는 리졸버의 형태를 취한다. 1차 고정자권선(SW₁),(SW₂)은 서로 90°방향으로 권선 및 배열된다. 고정자권선(SW₁),(SW₂)이 진폭은 동일하지만 서로 90°위상변위된 2가지 교류전압을 갖는 익사이터증폭기(44)에 의해 여기될 때, 권선(RW)의 회전자전압의 양(고정자전압에 관한) 기본성분의 위상은 회전자의 회전위치에 직접적으로 비례될 것이다. 회전자전압의 기본성분의 위상은 회전자가 1회전함에 따라 360°변위할 것이다. 따라서 회전자가 부재(16)의 구동전동기(18)의 샤프트에 기계적으로 결합되면, 부재의 위치는 2가지 고정자 전압중의 어느 하나에 관한 회전자전압 기본성분의 위상변위를 측정함으로써 결정할 수 있다. 대체로 전동기 및 리졸버(36)간의 기어비율은 리졸버의 1회전이 0.1'', 0,2'', 2mm 또는 기타 다른 편리한 단위의 활주동작에 상응하게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 피드백디바이스(36)는 인덕토신(등록상표) 디바이스의 형태를 취하는데, 이 디바이스는 뉴욕주, 뉴욕시에 소재하는 패런드 콘트롤 인코오포레이티드, 인덕토신 코오포레이숀에서 제조되는 것으로서, "인덕토신의 원리 및 응용"이라는 제목의 동회사의 간행물에 설명되어 있다.

회전식 인덕토신 디바이스(도시하지 않았음)는 복수권선 리졸버로 생각될 수 있다. 즉 전술하였듯이 고정자권선(SW₁),(SW₂)이 여기되면 회전자의 매회전이 회전자 전압기본 성분의 위상을 360°의 배수로 변위시키게 되는 것이다. 회전식 인덕토신의 대표적인 배수는 128,180,256,360 및 1000이다. 회전식 인덕토신 디바이스는 높은 정밀도를 요구하는 회전운동 측정용으로 사용된다.

선형 인덕토신 디바이스(도시하지 않았음)는 감겨지지 않은 회전식 인덕토신 디바이스로 생각할 수 있다. 선형 인덕토신디바이스의 슬라이더 및 스케일은 각각 회전디바이스의 고정자 및 회전자에 해당한다. 마찬가지로 선형 인덕토신디바이스는 높은 정밀도를 요구하는 직선 이동장치에 응용할 수 있다. 이러한 디바이스는 스케일에서 360°의 위상변위가 0.1'', 0.2'', 2.0mm 또는 4.0mm의 이동에 해당하는 방식으로 이용 가능하다.

인덕토신회전자 또는 스케일형 디바이스로부터의 피드백신호는 아주 낮기 때문에, 이 신호를 사용가능 레벨까지 높이기 위해서는 전치증폭기(도시하지 않았음)가 필요하다.

제2도에서 명백하듯이, 필터(47)는 피드백디바이스(36)의 회전자권선(RW)으로부터 출력신호를 받고 그중에 기본성분(제2도, 제5b도 및 제5d도의 신호 F1)만 제로크로싱 검출기(48)로 통과시킨다. 제로크로싱검출기(48)는 피드백스트로브펄스(P)를 위치기억장치(38)의 위치래치 및 제로위치카운터(52)로 출력시킨다. 위치기억장치(38)는 클리어단자를 갖는 펙사스 인스트루먼트모델 74 L S 175의 4개의 D형 플립플롭(각기 부호 82로 표시됨)으로 구성된 12비트 기억장치로 도시되어 있다. 예를들어 고정자권선(SW₁)으로 입력되는 여기신호는 제5a도에 도시하였듯이 구형파형태를 취하고, 점선 A,B 사이로 도시된 펄스하나의 지속기간은 4096카운트이다. 피드백디바이스(36)에서 출력된 피드백신호는 여파된 후 제5b도에 도시한 바와 같이 사인파의 형태를 취한다. 제로크로싱검출기(48)는 제5c도에 도시한 바와 같이 여파된 피드백신호의 음으로 되는 제로크로싱(제5a도, 제5b도, 제5c도를 비교)에 해당하며 후술할 기능을 수행하는 펄스신호(p)를 만들도록 동작한다. 제5a도, 제5b도 및 제5c도는 함께 가동부재(16)가 정지하고 있는 상태를 도시한 것이며, 제5a도, 제5d도 및 제5e도는 함께 부재(16)가 이동하여 여기신호(제5a도)에 대한 여파된 피드백신호(제5d도)의 위상변위가 여기신호에 대한 펄스신호(제5e도)의 변위로 되는 상태를 도시하고 있다.

제5c도, 제5e도의 펄스신호는 다음의 기능을 수행한다. 즉 이 펄스신호는 12비트 피드백위치카운터(34)의 전류카운트 Nc를 위치기억장치(38)로 스트로브한다. 위치기억장치(38)는 전류카운트를 위치번호 Np로서 컴퓨터(40)로 출력시킨다. 펄스(P)는또한 리졸버(36)의 위치가 0을 통과하는 횟수와 방향 및 또한 그에 따라 위치번호 Np가 0을 통과하는 횟수 및 방향을 추적하는 제로위치카운터(52)를 인에이블시킨다. 이같은 정보에 의하여, 본 시스템은 더 복잡한 수단을 사용하지 않고 다른 시스템보다 더 빠른 피드백속도를 추적할 수 있다.

미리 정해진 속도와 같거나 더 빠른 속도에서, 즉 연속적으로 샘플링된 위치번호의 변화가 피드백위치카운터(34)의 카운트범위의 1/2과 같은 속도에서는, 제로위치카운트(52)에 의해 만들어지며 제로위치카운트 형태를 취하는 정보는 컴퓨터(40)가 다음과 같이 이동부재(16)의 이동방향을 결정하는데 도움을 준다.

제6도, 제7도에 도시된 그래프들은 이동부재(16)의 이동방향이 알려지지 않고 그 속도가 피드백신호(제5d도)를 변위시켜서 제로크로싱펄스(P)(제5e도)가 1/2카운트 범위 이상 변위하게 되는 정도일 경우에 연속되는 샘플간에 일어날 수 있는 모호성의 문제점을 설명한 것이다. 이런 문제점을 피하기 위해서, 제로크로싱검출기(48)는 라인(46)상의 피드백신호를 피드백디바이스(36)로부터 받아서 라인(49),(50)상의 신호(P)를 제로위치 쌍방향성 카운터(52)에 인가시키는데, 이 쌍방향성 카운터(52)는 제2도, 제3도에 상세히 도시한 4비트 쌍방향성 2진카운터의 형태를 취한다. 위치번호 Np가 제로와 같은 최소유효수를 통과할 때마다, 제로위치카운터(52)는 각기 위치번호 Np가 양 또는 음의 방향으로 최소 유효수를 통과하느냐에 따라서 하나씩 증가 또는 감소한다. 따라서, 라인(55)상에서 컴퓨터(40)로 인가되는 제로위치카운트 Nz는 위치번호 Np가 최소유효수를 통과하는 순횟수(및 방향)를 나타낸다.

제1도, 제2도 및 제3도를 참조하면, 이러한 위치번호 Np의 제로통과는 다음과 같이 제로위치 쌍방향성카운터(52)에 의해 검출된다. 라인(55)상의 카운터(52)로부터의 제로위치카운트(Nz)는 카운터(52)에서 위치기억장치(38)로부터 라인(60)상으로 인입하는 이전의 마지막 위치카운트 Np를 피드백위치카운터(34)로부터 라인(54)상에 인입하는 현재위치카운트 Nc와 비교함으로써 피드백디바이스(36)에서 나온 라인(50)상의 연속적인 각 피드백펄스에 의해 경신된다. 따라서, 위치번호 Np의 각 제로통과는 라인(55)상의 제로 통과횟수 Nz가 제로통과의 방향에 따라서 1만큼 증가 또는 감소되게 할 것이다. 기본적인 피드백카운터에 제로위치카운터(152)가 부가되어서, 위치모니터시스템의 궁극적인 속도한계는 실제 피드백시스템의 한계와는 관계가 없을 정도로 대단히 높아지게 된다.

제로위치카운터(52)는 다음과 같은 이유로 필요하다. 피드백위치카운터(34)의 미리 정해진 카운트범위 때문에 이것을 사용하는 시스템은 가동부재(16)가 미리 정해진 속도 이상으로 이동하는 경우, 이에 대한 보상이 이루어지지 않으면, 가동부재(16)의 위치를 정밀하게 모니터하는 능력에 있어서 본질적으로 한계가 있게된다. 예를들어 제6도, 제7도에서 알 수 있듯이, 위치번호 Np가 연속되는 샘플들 사이에서 피드백위치카운터(34)의 범위의 1/2이상의 양만큼 변화하게 되면, 변화의 방향 및 그에 따른 이동부재(16)의 절대위치는 추가정보없이는 결정될 수 없다. 이것은 다음의 실시예 1,2를 생각하여 보면 명확히 이해할 수 있다.

실시예 1은 제6도, 제7도에서 다음의 조건을 가정한다.

피드백위치카운터(34)의 카운트범위=4096(0-4095)

Np1=위치기억장치(38)로부터 취한 제1샘플의 위치번호=3000

Np2=위치기억장치(38)로부터 취한 제2샘플의 위치번호=500

(주 : 증가번호는 양(+)의 방향의 이동에 해당한다.)

연속되는 샘플간의 위치번호 Np에 있어서 가정되는 변화가 위치카운터(34)의 카운트범위의 1/2, 즉 상술한 2048카운트 미만일 경우, 그때 위치번호 Np는 양(+)의 방향으로 3000카운트부터 0카운트를 통하여 500카운트까지 변화한 것이며(순수변화=4096-3000+500=1596), 음(-)의 방향으로 300카운트부터 500카운트까지 변화(순수변화=3000-500=2500)한 것이 아니다. 따라서, 샘플간의 가동부재(16)의 이동은 양(+)방향으로 되어야 한다. 상기 가정이 이루어질 수 없다면 이동의 방향 및 부재(16)의 절대위치는 추가정보없이는 결정될 수 없다.

이동부재(16)의 제한속도 Vlim는 다음 식으로 정의된다.

여기서, CR=피드백위치카운터(34)의 카운트범위.

TS=연속되는 샘플간의 시간.

D=피드백위치카운터의 1카운트마다 가동부재(16)의 변위.

실시예 2는 다음의 위치피드백 파라미터가 주어졌을 때 기계공구축 슬라이드의 제한속도 BVlim을 계산하는 것이다.

카운트범위 CR=4096(0 내지 4095)

TS=1초의 0.004

360°의 피드백 위상변위=1인치의 0.1

D=1인치의 0.1/4096=1인치의 0.000024441이라 하면,

Vlim는 분당 749.6인치이다.

실시예 1에서, 위치번호 Np가 샘플들 사이에서 제로를 통과하지 않았음을 알았다면, 2500카운트가 피드백 위치카운터(34)의 카운트범위의 1/2보다 더 크다 할지라도, 음(-)의 방향으로의 순수 변화인 2500(3000에서 500)까지 카운트가 결정될 수 있었을 것이다. 일반적으로, 연속되는 샘플간에서 위치번호 Np가 제로를 통과한 순 횟수를 안다면, 전술한 속도한계 Vlim은 더이상 존재하지 않게 된다.

다시 제1도, 제2도 및 제3도를 보면, 제로위치카운터(52)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 제3도에서, 제로위치카운터(52)는 텍사스주 달라스시 소재 텍사스 인스트루먼트사의 모델 74S 169형 디바이스같은 동기 4비트 쌍방향성 2진카운터(61)로 구성되는데, 이것을 동회사에서 1976년 10월 간행된 회보 제DL-S 7612068의 7-226페이지에 상세히 설명되어 있는 바, 이것이 본 명세서에 참고가 될 수 있다.

카운터(61)는 라인(50)에서 피드백펄스를 수신하도록 접속된 클럭단자(CLK)를 지니고 있다. U/D로 표시한 카운터(61)의 업/다운 입력단은 인버터(62) 및 라인(54)를 통해서 제2도에 도시한 피드백위치카운터(34)의 드라이버(76)의 라인(FBK11)에 연결된다. 이제 제2도를 보면, 드라이버(76)의 12개의 라인중에 하나인 라인(FBK11)은 비트(Nc11)를 전송하는데 이 비트는 위치카운트 Nc를 포함하는 12개의 비트중 최대유효비트이다. 인버터(62)는 비트(Nc11)의 논리상태를 반전시켜, 카운터(61)에 비트(Nc11)를 공급한다.

카운터(61)는 Vcc로 표시된 전압 공급원에 저항(R)을 통해 접속되는 데이터 입력단자(A,B,C,D)를 지니고 있다. 또한 카운터(61)는 저항(R)을 통해 전압원(Vcc)에 접속된 로우드단자(LOAD)를 지니고 있다.

카운터(61)는 데이터 출력단자(OA, OB, OC, OD)가 라인(55)상의 순수 제로크로싱카운트 Nz를 나타내는 출력신호를 컴퓨터(40)에 공급하도록 연결된다. 이 카운터(61)는 그 카운트 인에이블단자(Ep, ET)가 둘다 제3도에 점선으로 도시한 논리회로(66)로부터 출력라인(65)에 접속된다.

논리회로(66)는 2개의 3입력 NAND 게이트(68),(70)으로 구성되고, 이들 NAND 게이트 각각은 대표적으로 텍사스 인스트루먼트사에서 제작되는 모델 7410NAND 게이트로 구성된다. NAND 게이트(68)는 그 제1입력단자가 인버터(62)를 통해서 라인(54)에 연결되어서, 게이트(68)에 비트(Nc11)가 공급되게 한다. NAND 게이트(70)는 그 제1입력단자가 라인(54)에 직접 연결되어서 비트 Nc11가 공급된다. NAND 게이트(68)의 제2,3입력단은 라인(60)을 통해 위치기억장치(38)의 래치(82)의 라인(A10),(A11)에 연결되어서 각기 위치번호 Np의 제2최대유효비트 및 제3최대유효비트인 비트 Np10 및 Np11이 공급된다. 한쌍의 인버터(63a),(63b) 각각은 NAND 게이트(70)의 제2,3입력단을 별도로 NAND 게이트(68)의 제2,3입력단에 연결시켜서, NAND 게이트(70)에는 비트 Np10, Np11의 논리역인 비트 Np10, Np11가 공급된다.

제8도의 다이어그램은 제1도, 제2도 및 제3도에 도시한 회로의 동작을 설명한 것이다. 피드백위치카운터(34)의 범위는 4상한으로 분할된다. 2개의 연속되는 피드백펄스중 첫번째펄스가 IV상한에서 일어나고 두번째펄스가 I상한에서 일어났다고 가정한다. 제2피드백펄스는 Np11·Np10·Nc11=1의 조건때문에 제로크로싱번호 Nz가 1만큼 증가되게 하여, 위치번호 Np가 시계방향(양)으로 제로를 통과했음을 나타낸다. 마찬가지로, 제1피드백펄스가 제I상한에서 일어나고 제2피드백펄스가 제IV상한에서 일어날 경우, 제로크로싱번호 Nz는 Np11·Np10·Nc11-1의 조건때문에 1만큼 감소하여, 위치번호 Np가 반시계방향(음)으로 제로를 통과했음을 나타내게 된다.

상술한 제로위치 카운터(52)는 가동부재(16)의 속도가 Np의 연속되는 ΔNpmax에서 1024카운트의 차이에 해당하는 속도로 한정되기만 하면 정확히 동작할 수 있다. 그 속도가 초과되면 제로를 통과한 위치번호 Np의 변화가 유실될 것이고 따라서 시스템은 가동부재(16)의 추적을 잃게 될 것이다. 그러나, 이러한 속도제한은 심한 제한이 아니다. 지금까지 설명한 제로위치카운터회로(52)가 실시예 2에 설명된 것과 같은 시스템에 부가되고, 여기주파수가 2,500Hz이라면, 가동부재(16)의 최대추적속도는 분당 749.6인치(19.03984m)에서 3000인치(76.20m)로 증가할 것이다. 여기주파수가 5000Hz이라면, 가동부재(16)의 최대추적속도는 분당 749.6인치(19.03984m)에서 6,000인치(152.40m)로 증가할 것이다.

지금까지 설명한 제로위치카운터회로(52)는

Npmax를 증가시키고, 따라서 카운터(16)의 U/D, ET 및 ED 입력을 제어하기 위해 좀더 복잡한 회로를 사용함으로써 최대추적속도를 증가시키도록 변형시킬 수 있다.

또한 본 발명은 제로가 피드백위치카운터(34)의 최소유효수인 응용에만 한정되는 것이 아님에 유의해야 한다. 단지 필요한 것은 최소유효수를 통과한 위치번호 Np의 변화가 양방향으로 검출되어야 한다는 것이다.

이제까지 본 발명의 실시예를 실제적인 동작설명을 목적으로 상세히 설명하였지만, 이 기술분야에서 숙련된 자는 본 발명에 많은 변형을 가할 수 있다. 따라서, 그러한 변형이 첨부된 특허청구범위에 정의되어 있는 본 발명의 정신내에 있는 한 그것은 본 발명의 소산이라 할 것이다.

Claims (12)

1. (정정) 반대방향으로 이동 가능한 가동부재의 위치를 모니터하기 위한 전자제어시스템에 있어서, 상기 가동부재의 위치에 관련된 위치카운트번호(Nc)를 제공하도록 카운트범위가 미리 정해져 있는 제1수단(34)과, 상기 위치카운트번호(Nc)를 수신하고 가동부재의 이동에 응답하여 그 가동부재의 위치에 관련된 지속적으로 경신되는 위치번호(Np)를 제공하도록 상기 제1수단에 연결되는 제2수단(38)과, 위치번호(Np)가 최소유효수를 통과하는 순 횟수 및 방향을 나타내는 제로위치카운트(Nz)를 발생하도록 상기 제1 및 제2수단에 연결되는 제3수단(52) 및 상기 가동부재의 속도에 관계없이 그 위치를 모호하지 않게 결정하도록 상기 제2 및 제3수단에 연결되는 제4수단(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치모니터시스템.
2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제1수단은 고정된 주기적 간격으로 출력신호를 발생하는 클록(32)과, 상기 클록의 출력신호에 응답하여 위치카운트(Nc)를 발생하도록 카운트범위가 미리 정해져 있는 피이드백위치카운터(34)와, 상기 위치카운트에 응답하여 여기신호를 발생하도록 상기 피이드백 위치카운터에 연결되는 여기수단(44)과, 상기 가동부재의 이동에 따라 여기신호와 위상변위되어 있는 피이드백신호를 발생하도록 여기수단에 연결되는 피이드백 디바이스(36) 및 상기 피이드백 디바이스로부터의 피이드백신호에 응답하여 위치카운트를 래치시키고 래치되어 있는 위치카운트에 따라 위치번호를 출력하도록 상기 피이드백 디바이스 및 피이드백 위치카운터에 연결되는 위치기억장치(38)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 위치모니터시스템.
3. (삭제)
4. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제3수단이 동기 4-비트 쌍방향성 카운터로 구성되는 제3위치 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치모니터시스템.
5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 제4수단이 컴퓨터(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 위치모니터시스템.
6. (삭제)
7. (삭제)
8. (삭제)
9. (삭제)
10. (삭제)
11. (삭제)
12. (삭제)

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